đồ án quá trình thiết bị sấy

CHỌN PHƯƠNG PHÁP SẤY, THIẾT BỊ SẤY, PHƯƠNG THỨC SẤY Có nhiều phương pháp sấy vật liệu, mỗi phương pháp sấy đều có những ưu và nhược điểm riêng của nó phương pháp sấy tiếp xúc, phương phá

CHƯƠNG 1

LỜI MỞ ĐẦU

1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là một trong những nước có nền sản xuất nông nghiệp lâu đời nhất trên thế giới Hiện nay ngành nông nghiêp vẫn còn chiếm tỷ trọng khá cao trong cơ cấu kinh tế của nước ta, nhưng nó chưa đem lại hiệu quả thật sự với vị trí của nó trong nền kinh tế Nguyên nhân chủ yếu là do khâu thu hoạch và bảo quản sản phẩm của chúng

ta chưa khoa học nên giảm giá trị thực sự của các sản phẩm khi đưa ra thị trường tiêu thụ Để khắc phục vấn đề này có nhiều phuơng pháp được đưa ra, trong đó sấy là một trong những phương pháp thông dụng nhất hiện nay

1.2. Giới thiệu về sấy

Sấy là quá trình tách ẩm (làm khô vật liệu) bằng cách bốc hơi ẩm của vật liệu dưới điểm sôi cho đến khi đạt được độ ẩm cần thiết Mục đích của quá trình sấy là giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền và bảo quản được tốt Quá trình này có thể tiến hành bay hơi tự nhiên (năng lượng mặt trời, năng lượng gió…) hay sấy nhân tạo (dùng nguồn năng lượng do con người tạo ra) Tuỳ theo phương pháp truyền nhiệt, trong kỹ thuật sấy người ta chia ra sấy đối lưu, sấy tiếp xúc, sấy bằng tia hồng ngoại, sấy bằng điện cao tần , sấy thăng hoa

1.3. Giới thiệu về nguyên liệu sấy

Chè hay cây trà có tên khoa học là Camellia sinensis là loài cây mà lá và chồi của chúng được sử dụng để sản xuất chè (trà) Chè có vị đắng chát, tính mát, có tác dụng thanh nhiệt giải khát, lợi tiểu, định thần làm cho đầu óc được thư thái, khỏi chóng mặt xây xẩm, da thịt mát mẻ, tăng cường và điều hoà nhịp đập của tim …

Lịch sử trồng chè của nước ta đã có từ lâu Nhưng cây chè được khai thác và trồng với diện tích lớn mới bắt đầu khoảng hơn 50 năm nay Do điều kiện đất đai và khí hậu thích hợp cho nên cây chè được trồng trọt rải rác ở hầu hết các tỉnh trung du và miền núi, nhưng tập trung ở một số tỉnh sau: Hà Tuyên, Hoàng Liên Sơn, Sơn La, Vĩnh Phú,

Hồ Văn Hoàng

CHƯƠNG 2

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ

1. CHỌN PHƯƠNG PHÁP SẤY, THIẾT BỊ SẤY, PHƯƠNG THỨC SẤY

Có nhiều phương pháp sấy vật liệu, mỗi phương pháp sấy đều có những ưu và nhược điểm riêng của nó (phương pháp sấy tiếp xúc, phương pháp sấy đối lưu, phương pháp sấy ) Trong đồ án này, phương pháp được chọn là sấy đối lưu vì thao tác nhẹ nhàng , sản phẩm có chất lượng tốt , không cồng kềnh, chi phí không cao

Để chọn thiết bị sấy phù hợp thì phải dựa vào các yếu tố sau: tính chất của vật liệu sấy, năng suất sản phẩm, tính chất sản phẩm sau khi sấy, làm vệ sinh máy sấy, nhu cầu

về năng lượng, giá thành Trong đồ án này, thiết bị được chọn là thiết bị sấy băng tải,

vì

 Thiết bị đơn giản, hoạt động liên tục, dùng cho quy mô công nghiệp

 Băng tải có nhiều tầng, sản phẩm sấy được dàn trải đều ở trên đó, nên sản phẩm có chất lượng đồng đều

 Thiết bị cách nhiệt tốt, hao hụt nhiệt lượng ít

 Hiệu suất cao, tiết kiệm nhiên liệu, sản phẩm có chất lượng tốt

 Dễ tháo rời các thiết bị để vệ sinh

Chọn phương thức sấy (chế độ sấy) thích hợp để đảm bảo năng suất theo yêu cầu, chất lượng sản phẩm tốt, chi phí vận hành cũng như chi phí năng lượng hợp lý Nhằm giảm tổn thất năng lượng do tác nhân sấy mang đi, tăng lưu lượng cho tác nhân sấy,để

từ đó tạo ra chế độ sấy dịu làm cho sản phẩm ít bị công vênh, gãy vỡ Do vậy phương thức sấy được chọn là sấy tuần hoàn một phần khí thải

Như vậy trong đố àn này, phương pháp sấy vật liệu là sấy đối lưu, với thiết bị sấy

là băng tải, và phương thức sấy tuần hoàn một phần khí thải

2. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

Khí thải

5

Hỗn hợp khí sau khi sấy

Vật liệu ra(G2 ,W2) Hơi nước bão hoà

Chú thích : 1 – phòng sấy 2 – calorifer 3 - quạt đẩy 4 – cyclon 5 – quạt hút

3. THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

Do yêu cầu về độ khô của chè nên dùng tác nhân sấy là không khí nóng Không khí ban đầu (A) được đưa vào caloripher, ở đây không khí nhận nhiệt gián tiếp từ hơi nước bão hoà qua thành ống trao đổi nhiệt Hơi nước đi trong ống, không khí đi ngoài ống Tại calorifer, sau khi nhận được nhiệt độ sấy cần thiết, không khí nóng (B) đi vào phòng sấy tiếp xúc với vật liệu sấy (chè), cấp nhiệt cho hơi nước trong chè bốc hơi ra

4

2

1

3

ngoài.Trong quá trình sấy, không khí chuyển động với vận tốc lớn nên có một phần chè sẽ bị kéo theo không khí (C) ra khỏi phòng sấy Để thu hồi khí thải và chè người ta đặt ở đường ống ra của không khí nóng một cyclon Khí thải sau khi ra khỏi phòng sấy

đi vào cyclon để tách buị chè cuốn theo và làm sạch Sau đó một phần khí thải được quạt hút ra đường ống dẫn khí để thải ra ngoài không khí Một phần khí cho tuần hoàn trở lại ( tuần hoàn trước Caloripher) trộn lẫn với không khí mới tạo thành hỗn hợp khí (M) được quạt đẩy đẩy vào caloripher Hỗn hợp khí này được nâng nhiệt độ đến nhiệt

độ cần thiết rồi vào phòng sấy tiếp tục thực hiện quá trình sấy Quá trình sấy lại được tiếp tục diễn ra

Vật liệu sấy ban đầu có độ ẩm lớn được đưa vào phòng sấy đi qua các băng tải nhờ thiết bị hướng vật liệu Vật liệu sấy chuyển động trên băng tải ngược chiều với chiều chuyển động của không khí nóng và nhận nhiệt trực tiếp từ hỗn hợp không khí nóng thực hiện quá trình tách ẩm

Vật liệu khô sau khi sấy được cho vào máng và được lấy ra ngoài

CHƯƠNG 3

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

1. CÁC KÍ HIỆU VÀ THÔNG SỐ BAN ĐẦU

1.1. Các kí hiệu trong tính toán

G1, G2 : lượng vật liệu trước khi vào và ra khỏi máy sấy , (kg/h)

Gk : lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy , (kg/h)

W1 , W2 : độ ẩm ban đầu và cuối của vật liệu , (%)

W: lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy , (kg/h)

L : lượng không khí khô tuyệt đối đi qua máy sấy , (kg/h)

x0 : hàm ẩm của không khí trước khi vào caloripher sưởi (kg/kgkkk) x1, x2 : Hàm ẩm của không khí trước khi vào mấy sấy (sau khi đi qua Caloripher sưởi) và sau khi ra khỏi mấy sấy,(kg/kgkkk)

I0 : nhiệt lượng riêng của không khí , (J/kgkkk)

I1 : nhiệt lượng riêng của không khí sau khi ra khỏi Caloripher , (J/kgkkk)

I2 : nhiệt lượng riêng của không khí sau khi ra khỏi máy sấy , (J/kgkkk)

t0 : nhiệt độ ngoài trời (0C)

t1 : nhiệt độ ra khỏi Caloripher (0C)

t2 : nhiệt độ ra khỏi máy sấy (0C)

C : nhiệt dung riêng (J/kgđộ)

i : nhiệt lượng riêng (J/kg)

Pbh : áp suất hơi nước bão hòa (at)

1.2. Các thông số ban đầu

Giả thiết mỗi năm nhà máy làm việc 350 ngày , mỗi ngày làm việc 20 giờ Vậy

năng suất trung bình mỗi giờ của nhà máy là:

1400000

200( / ) 350* 20 = kg h

 Năng suất tính : G2= 200 (kg/h)

 Nhiệt độ t1: t1=950C suy ra p1 bh = 0.862(at) [ trang 312 ;sổ tay QTTB tập1]

 Nhiệt độ t2 : t2 = 420C suy ra p2 bh = 0.076(at) [trang 312 ;sổ tay QTTB tập 1]

 Nhiệt độ t0 : t0 = 260C suy ra p0 bh = 0.0343 (at) Tại vị trí đặt thiết bị (tại Huế), độ ẩm

o

φ

là 81%

 Áp suất khí quyển pkq: pkq = 1.033(at)

Tính các thông số ban đầu cho tác nhân sấy

1.3. Trước khi vào caloripher (t 0 = 26 0 C ; p 0bh = 0.0343at )

0

*0.622*

*

obh o

kq o obh

P x

φ φ

1.4. Sau khi ra khỏi Caloripher (t 1 = 95 0 C ; p 1bh = 0.862at )

 Khi đi ra khỏi caloripher không khí chỉ thay đổi nhiệt độ nhưng không làm thay đổi hàm ẩm do đó x1 = x0 = 0.0172(kg/kgkkk)

=141075.37 (J/kgkkk) =141.0754 (kJ/kgkkk)

1.5. Sau khi ra khỏi phòng sấy (t 2 = 42 0 C ; p 2bh = 0.393at )

Nếu quá trình sấy lý thuyết thì I1 = I2 =141.0754(kJ/kgkkk) Để tính hàm ẩm của không khí sấy , ta dựa vào công thức sau

Tính nhiệt độ điểm sương

Nhiệt độ của hổn hợp khí tương ứng với trạng thái bảo hòa hơi nước( độ ẩm bằng 100%) gọi là nhiệt độ điểm sương, kí hiệu ts Điểm sương là giới hạn của quá trình làm lạnh không khí trong điều kiện hàm ẩm x=const

Để tính nhiệt độ điểm sương ta dựa vào phương trình

2

2

2

*0.622*

*

* 0.038*760

44.26165( ) 0.06( )0.622 0.622 0.038

bh

bh

P x

0CNhiệt độ điểm sương ts phải nhỏ hơn t2 để tránh hiện tượng ngưng tụ nước trên bề mặt vật liệu

2. TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU

2.1. Cân bằng vật liệu cho vật liệu sấy

khí khô tuyệt đối coi như không bị biến đổi trong suốt quá trình sấy Vậy lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy là:

2.2. Cân bằng vật liệu cho không khí sấy

 Cũng như vật liệu khô, ta xem lượng không khí khô đi qua máy sấy không bị mất mát trong suốt quá trình sấy Khi quá trình sấy làm việc ổn định thì lượng không khí đi vào máy sấy mang theo một lượng ẩm là: Lx0

 Sau khi sấy xong lượng ẩm thoát ra khỏi vật liệu là W do đó không khí có thêm một lượng ẩm là W

 Nếu lượng ẩm trong không khí ra khỏi máy sấy là Lx2 thì phương trình cân bằng là

−

(kg/kg ẩm)

2.3. Tính cho quá trình sấy hồi lưu lý thuyết

Khi sấy theo phương thức tuần hoàn một phần khí thải thì một phần không khí thải được quay về trộn lẫn với không khí ban đầu A(x0, t0, I0, 0

φ

) trước khi vào Caloripher (cũng có thể trộn lẫn với không khi sau khi ra khỏi Caloripher ) Ở đây ta xét quá trình hồi lưu trước Caloripher với A (x0, t0, I0, 0

) , là trạng thái của hổn hợp khí tại buồng hòa trộn

 L0(kg/h): lượng không khí khô tuyệt đối ban đầu

 Lhl(kg/h): lượng không khí hồi lưu

LM(kg/h) :lượng hổn hợp khí trong buồng hòa trộn = L0 + Lhl

Các thông số trạng thái của không khí trạng thái hổn hợp M được xác định theo quy tắc đòn bẩy

0

hl M

hl

L x L x x

L L

+

=+

;

0

hl M

hl

L I L I I

L L

+

=+

[công thức 16-33 , trang 198, sách QTTB tập 2]

Nếu gọi : n= 0

hl

L L

tỉ số hồi lưu [công thức 4-6 , trang 79, sách KHSNS] thì

n

+

= + ;

1

M

I nI I

n

+

= +

Chọn tỉ lệ hồi lưu là 50% vậy :

1 1 2 2 2

* W * W 487.1795*61 200*5

=26998.828(kg/h) 0.038 0.028

M M

L l W

(kg/ kg ẩm)

( )0

26998.82831

13499.414 kg / h

M hl

TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

1. CÁC THÔNG SỐ VỀ THIẾT BỊ SẤY

Pkk(at) 1.033

P1bh(at) 0.862

P2bh(at) 0.0761

1.2 Chọn khích thước của băng tải:

H : Chiều dày của lớp chè (m) Lấy H = 0,1 (m)

ω : Vận tốc băng tải (m/phút) Chọn ω = 0,5 (m/phut)

ρ : Khối lượng riêng của chè Chọn ρ = 320 (

3

Kg m

)

 Năng suất của quá trình sấy: 1

* * * *60

G =Br H ρ ω

Br

 Gọi: Lb: Chiều dài của băng tải (m)

ls: Chiều dài phụ thêm, chọn ls = 0.84 (m)

T : Thời gian sấy , chọn T = 1 (giờ)

0.058(m) 0.2(m) 0.058(m)

+ Lớp bêtông dày ρ1 = 0,02 (m) + Lớp cách nhiệt dày ρ2 = 0,15 (m) 0.02(m)

 Khoảng trống hai đầu hầm: 0.5(m)

Từ các số liệu trên ta có thể tính được kích thước của phòng sấy khi chưa kể tường

 Chiều dài làm việc của phòng sấy (Lphòng) = chiều dài băng tải +khoảng trống hai đầu hầm

=5.585+2*0.5=6.585(m)

 Chiều cao làm việc của phòng sấy là:(Hphòng) =đường kính băng tải+chiều dày lớp vật liệu+ khoảng trống trên dưới =0.3*3+0.1*3+2*0.5=2.2(m)

 Chiều rộng làm việc của phòng sấy(Rphòng)

= chiều rộng băng tải + khoảng trống hai bên

= 0.564+2*0.3=1.164(m)

 Vậy kích thước phòng sấy kể cả tường là:

Lhầm =6.585+2*0.316=7.217(m)Hhầm =2.2+0.02+0.15(m)

ph ph td

λ = 2.951*10-2(W/m0K); v=19.8625*10-6 (m2/s) Vậy :

Re =

6

2.956* 1.522

226547.516 19.8625*10− =

Vậy với Re =22.6547*104 suy ra chế độ của không khí trong phòng sấy là chế độ chuyển động xoáy

1.5. Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung quanh

Ta có: ∆ttb =

1 2

ln

t t t t

ln16

sự chênh lệch về nhiệt độ) và do cưỡng bức (quạt) Không khí chuyển động theo chế

độ chảy xoáy (vì Re > 104)

Gọi α1 là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt trong của tường phòng sấyGọi α2 là hệ số cấp nhiệt của bề mặt ngoài máy sấy đến môi trường xung quanh

L l

và Re

Ta có:

6.585

4.3261.522

ph td

L

Re = 22.6547*104 Tra bảng và tính toán ta được: εl = 1.07843[ Sổ tay QTTB II_ trang 15]

Suy ra

' 1

λ

=

0.02951*373.414

5.0072.2 =

a.2 Tính

'' 1

Gr =

3 1.1 2

Với g : là gia tốc trọng trường g = 9,81 (m/s2)

Hph : Chiều cao của phòng sấy (m)

1.1 tbk T1

= 68.5 -60 = 8.50CTtbk = ttbk +273 = 365,5 K Suy ra: Gr =

3

6 2

9,81*2.2 *8.5

6590182584 (19.8625*10 ) *341.5− =

* 133.913*0.02951

1.7962.2

ph

Nu H

'' 2

3

1

0.058 0.2 0.058

0.356 1.2 0.77 1.2

i

i i

δλ

=

∑

(m2độ/W)tT1-tT2=q1

=

∑

= 69.395 * 0,356= 24.733 (0C) tT2 : Nhiệt độ phòng ngoài của phòng sấy, 0C tT2 = tT1-24.733 = 60 – 24.733= 35.2670C

Nhiệt độ lớp biên giới giữa tường ngoài phòng sấy và không khí ngoài trời:

' 2

â

* 167.850* 0.0267

1.891 2.37

h m

Nu H

Với: εn: Độ đen của vữa , lấy εn =0,91

C0: Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối, lấy C0 = 5,67T1 = tT2 + 273 = 35.267 + 273 =308.2670K

< 5 % Các giả thuyết trên có thể chấp nhận được

Vậy tổn thất qua tường là:

Qt = 3,6*k*F*∆ttb Trong đó F = 2*Lphòng*Hphòng + 2*Rphòng*Hphòng

∆ttb =

1 2

ln

t t t t

ln16

(KJ/kg ẩm)

2.2. Tổn thất qua trần:

Trần đúc : Lớp bê tông cốt thép dày δ 1 =0.02 (m), λ 1 = 1,55 (W/m.độ) Lớp bông thủy tinh cách nhiệt dày δ = 0,15 (m), λ2 = 0,058 (W/m.độ)

Qtr = 3,6*Ktr*Ftr*∆t = 3.6* Ktr*Lphòng*Hphòng*∆t =3.6*0.351*6.585*2.2*42.5 =644,202 (kJ/h)

Nhiệt tải riêng

qtr = W

tr

Q

= 777.214 2.706 287.1795 =

Cửa phía tác nhân sấy vào có độ chênh lệch nhiệt độ ( t1 –t0) còn cửa đầu kia có độ chênh lệch nhiệt độ bằng ( t2 – t0) Do đó:

Do đó tổn thất nhiệt qua nền bằng:

Qn = 3,6*Fn*q1 = 3,6*(Lphòng*Rphòng)*q1 =3.6*(6.585*1.164)*50=1379.584( KJ/h)

[TTVTKHTS-T200] Suy ra: Nhiệt tải riêng: qn =

= 7305.013+777.214+2709.647+1379.584=12171.459(KJ/h) Nhiệt tải riêng của kết cấu và môi trường bao che:

2.5. Tổn thất do vật liệu sấy mang đi

Trong sấy nông sản nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt

độ của tác nhân sấy tương ứng từ (5 ÷ 10)0C Trong hệ thống sấy này, tác nhân sấy và vật liệu sấy chuyển động ngược chiều nên tV2 = t1 – (5 ÷10)0C.[TTTKHTS-T197]

Vậy lấy tV2 = 95 – 10 = 850C

Do đó nhiệt dung riêng của chè ra khỏi phòng sấy :

CV2 = Cvl * (1 - ω)+ Cn*ω

[TTVTKHTS-T197]

Với : Cvl Nhiệt dung riêng của chè, lấy Cvl = 0.37 (kJ/kgK)

Cn Nhiệt dung riêng của nước, lấy Cn = 4,18 (kJ/kgK)

ω

= 0,05 (kg/kg)Suy ra : CV2=0.37*(1-0.05)+4.18*0.05=0.5605(kJ/kgK)

Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi:

QVL = G2*Cv2*(tv2 – tv1) = 200*0.5605*(85-26)=6613.9(KJ/h) Nhiệt tải riêng do vật liệu sấy mang đi :

3 QUÁ TRÌNH SẤY THỰC TẾ CÓ HỒI LƯU

1. Nhiệt lượng bổ sung thực tế:

2 Các thông số của quá trình sấy thực:

Hàm ẩm của tác nhân sấy đi ra khỏi máy sấy :

x2 =

* *( * )

k n

141.075 ( 55.793*0.0172)+(1*42)

0.03671955.793-(2493+4.18)

−

(Kg/Kgkkk)Vậy: I2’ = t2 +( 0

(Kg/kg ẩm)Quá trình sấy tuần hoàn khí thải (n = 1)

' ' 0 * 2 69.739 139.9859

104.862

M

I n I I

+

(Kg/Kgkkk) Khi ra khỏi caloripher không khí thay đổi nhiệt độ chứ không thay đổi hàm ẩm

l’

H = l0’ =51.210 ( Kg/Kg ẩm)Nhiệt độ khi hòa trộn :

4.1 Nhiệt lượng vào:

Nhiệt do caloripher sưởi cung cấp

qs = l0’*(I1’ – I’ m) = 51.210*(167.243-104.862)=3194.56419(KJ/Kg ẩm) Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào:

(KJ/Kg ẩm)Nhiệt lượng do không khí sấy mang vào máy sấy:

qkkv = l0’ * Im’ = 51.210*104.862=5370.033( KJ/Kg ẩm)

Vậy tổng nhiệt lượng vào là: ∑q v =q s +q vl +q kks =

8580.917( KJ/Kg ẩm)

4.2 Nhiệt lượng ra:

Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra:

qvlr =

2* * 2 200*0.37*85

21.90268 287.1795

vl v

(KJ/Kg ẩm)Nhiệt do tổn thất của phòng:

∑q=

42.383( KJ/Kg ẩm)Nhiệt do không khí ẩm mang ra:

qkkr = l0’*I2’ = 51.210*139.9859=7168.729 (KJ/Kg ẩm)Nhiệt tổn thất trong quá trình sấy:

qr = l0’*(I1’ – I2’) = 51.210*(167.243-139.9859) =1395.868 (KJ/Kg ẩm) Vậy : Tổng nhiệt lượng ra là: